TIPOS DE CUERPOS DE VALVULAS

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• Una válvula es definida como un elemento de una línea de cañerías, destinado a controlar de alguna forma el flujo de un fluido, desde flujo total, flujo parcial hasta flujo cero. Existe una gran variedad de diseños, de acuerdo a su uso y en una variedad de materiales, apropiados para cada aplicación particular.

En la figura puede verse una válvula de control típica. Se compone básicamente del cuerpo y del servomotor. El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Está unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

Cuerpo de la válvula El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin pérdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión o a la corrosión producidas por el fluido. El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridadas o roscadas) están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI, entre otras.

Tapa de la válvula La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al servomotor. A su vez, desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago, dispone generalmente de un índice que señala en una escala la posición de apertura o de cierre de la válvula. Para que el fluido, no se escape a través de la tapa, es necesario disponer de una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal, debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvánico con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente, es de teflón, cuya temperatura máxima de servicio es de 2200 C. A temperaturas superiores o inferiores a este valor es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del cuerpo de la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y la estopada y esta última pueda trabajar satisfactoriamente.

La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy voliosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. Los fuelles de estanqueidad 10 proporcionan al estar unidos por un lado al vástago y por el otro a la tapa. La estanqueidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas s610 pueden detectarse mediante en-sayos realizados con un espectrómetro de masas. Así pues, según las temperaturas de trabajo de los fluidos y el grado de estanqueidad deseada existen los siguientes tipos de tapas: Tapa normal Tapa de aletas de radiación Tapas de con columnas de extensión Tapa con fuelle de estanqueidad

TIPOS DE TAPAS

Tapa normal adecuada para trabajar a temperaturas del fluido variables entre 0 y 220 C.

Tapa con aletas de radiación circulares o verticales que puede trabajar entre --20 a 450 C, recomendándose que por encima de 350 C, la válvula se monta invertida para facilitar el enfriamiento de la empaquetadura.

Tapa con columnas de extension

Las columnas son adecuadas cuando el fluido está a temperaturas muy bajas. Como guía en su selección se recomiendan las siguientes longitudes:

Tapa con fuelle de estanqueidad para temperaturas de servicio entre -20 Y 450C.

La caja de empaquetadura de la válvula consiste en unos anillos de estopada comprimidos por medio de una tuerca

o bien mediante una brida de presión regulable con dos tuercas. La empaquetadura puede ser apretada manualmente de modo periódico o bien ser presionada elásticamente con un muelle apoyado interiormente en la tapa

Laempaquetadura normal suele ser de aros de teflón, de sección en V, comprimidos con un resorte con la ventaja de que el teflón es autolubrificante y no necesita engrase. Cuando el fluido y las condiciones de servicio. no permiten el empleo aislado del teflón se utiliza fibra formada normalmente por amianto combinado o no con teflón y con un collarín intermedio para la lubricación. El engrase se realiza mediante un lubricador dotado de válvula aisladora.

En los casos en que el fluido es tan tóxico que debe impedirse su fuga a través de la estopada y por alguna razón no pueden emplearse los fuelles de estanqueidad, se utilizan empaquetaduras dobles con dos collarines de lubricación. Esta disposición permite la inyección de gas inerte. Incluso, si partes pequeñas del fluido fugan, pueden recuperarse por succión a través de dichos collarines.

Existen diversos tipos de empaquetaduras según sean las presiones y tempe-raturas de trabajo y el tipo de fluido. En la tabla puede verse una guía de selección.

Las empaquetaduras con engrase pueden emplear varios tipos de lubricantes, según sea el tipo de fluido y las condiciones de servicio exigidas. En la tabla pueden verse los tipos comunes de lubricantes empleados y sus aplicaciones.

Partes internas de la valvula Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura (si se emplea), los anillos de guía del vástago, el obturador y el asiento o los asientos. Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el corazón de la válvula al controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido. Para la seleccion adecuada del obturador intervienen tres puntos principales: 1. Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosión, la . erosión y el desgaste producidos por el fluido. 2. Características de caudal en función de la carrera. 3. Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la válvula cón el mismo tamaño del cuerpo.

Materiales El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido. En las tablas siguientes figuran los materiales estándar y los especiales utilizados en los obturadores y asientos. Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PVC, fluorocarbonos y otros materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito. En algunas válvulas pueden utilizarse obturadores y asientos de cerámica.

Características de caudal inherente El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de pasó del fluido.La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la válvula y como ordenadas el porcentaje de caudal máximo bajo una presión diferencial constante. . Las características más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual, siendo las más importantes estas dos últimas. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa; Saunders, y con obturador excéntrico rotativo. Las curvas características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure ia característica de la válvula.

En la figura pueden verse varios tipos de obturadores cuya forma y mecanización determina esta característica

El obturador con característica de apertura rápida. tiene la forma de un disco plano. En la figura tambien puede verse que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rápidamente al máximo.

En el obturador con característica lineal el caudal es directamente poporcional a la carrera según la ecuación:

q=KI

En la que q = caudal a pérdida de carga constante K = constante I = carrera de la válvula

Gráficamente se representa por la Iinea recta de la figura. El campo de control de caudales que la válvula es capaz de regular manteniendo la curva característica inherente es en la válvula lineal de 15 a 1 o de 30 a 1. Si bien teóricamente podría ser infinita, las dificultades de fabricación la limitan a este valor.

En el obturador con caracteristica isoporcentual

Cada incremento de carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación.

La ecuación correspondiente es:

Criterios Básicos para la Selección de Válvulas La gama de diseños y tipos de Válvulas industriales disponibles en el mercado actual, independientemente de marcas y características diferenciadoras de tipo comercial, es muy amplia y ofrece múltiples posibilidades al ingeniero de aplicación y cualquier persona técnico o comercial que tiene que tomar una decisión acerca de la selección de los correctos equipos para cada escenario.

Elección del tipo de válvula de acuerdo a su función . Nuestra primera base de elección estará basada en la función de la válvula o equipo debe de realizar en la planta para ello distinguiremos las siguientes funciones: •Aislamiento: Deseamos interrumpir el flujo de la línea en de forma total y cuando sea preciso. •Retención: Necesitamos impedir que el flujo no retroceda hacia la zona presurizada cuando esta decrece o desaparece. •Regulación: Queremos modificar el flujo en cuanto a cantidad, desviarlo, mezclarlo o accionarlo de forma automática. •Seguridad: Necesitamos proteger equipos y personal contra la sobre presión.

Determinación de la Presión Nominal. El siguiente factor es determinar el Rating o Presión Nominal de Diseño de la válvula, este factor esta determinado por los datos de proceso en planta, fundamentalmente por la intersección entre presión de trabajo efectiva y temperatura de trabajo efectiva. Existen unas presiones de diseño o Rating de fabricación estándar sobre los que especificar, estos difieren entre las Normas DIN o ANSI, los más comunes se representan en la siguiente tabla con su equivalencia más cercana: DIN ANSI PN 10 Clase 125 PN 16 Clase 150 PN 25 Clase 300 PN 40 Clase 600 PN 64 Clase 900 PN 100 Clase 1500 PN 250 Clase 2500 Estas clases de presión nominal no deben de tomarse mas que como una selección de la válvula en función de la curva de intersección entre la presión y la temperatura máxima del proceso. Debemos de considerar siempre que la presión máxima decrece con el aumento de la temperatura y viceversa.

Determinación de los materiales constructivos En función del factor anterior así como la compatibilidad química y de resistencia a la corrosión y erosión de los fluidos, debemos de escoger los materiales constructivos de las diversas partes de la válvula. Desde el punto de vista de selección de materiales de una válvula debemos de considerar siempre los siguientes: •Cuerpo retenedor de presión, parte húmeda en contacto con el fluido. •Partes blandas y empaques •Tornillería de unión y recubrimientos exteriores. Sobre el cuerpo observaremos que el material disponible sea compatible con el fluido en términos de compatibilidad química. No solamente observaremos esta compatibilidad sino también otros factores encaminados a la abrasión

Selección del accionamiento Las Válvulas pueden ser accionadas de diversas formas: •Manualmente •Auto accionadas por el propio fluido •Accionadas por actuadores externos La selección del tipo de accionamiento esta condicionada por las necesidades en planta Selección del Tamaño (DN) de la Válvula Las Válvulas están normalizadas a un tamaño o Diámetro Nominal de acuerdo a los Estándares internacionales. El dimensionado de la válvula se realizara de acuerdo al caudal de circulación en línea y otros factores del proceso. Cuando seleccionemos la válvula tenemos que considerar aspectos como la Cavitación y presión diferencial entre otros

Las válvulas. pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se pueden clasificar de la siguiente manera: Válvula de globo Válvula de jaula Válvula de compuerta Válvula de cuerpo partido Válvula de compresión

Válvula de tres vías Válvula en ángulo Válvula en Y Válvula Saunders

• Destinada a la regulación de flujos y operación frecuente, introduce una caída de presión en la línea y proporciona un cierre hermético

El asiento es paralelo a la dirección del fluido por lo que introduce turbulencia y resistencia al paso del Iíquido.

La fuerza necesaria para cerrarla es comparativamente mayor que en el caso de las, válvulas de compuerta y de bola, pero el recorrido del vástago es mucho menor.

Válvula de jaula Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula . Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque éste puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial.

• Destinada a operar totalmente abierta o totalmente cerrada, no introduce caída de presión en la línea. No tiene un sentido de flujo. Se diferencian unas de otras por: • •Tipo de unión entre cuerpo y bonete (con hilo, apernada, soldada) • • Tipo de vástago (con hilo externo o hilo interno) • •Tipo de disco o compuerta (cuña de una pieza o de dos piezas)

Válvula de cuerpo partido Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.

Válvula de tres vías Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos válvulas mezcladoras o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida válvulas diversoras . Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Válvula en ángulo Esta válvula representada en la figura , permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando ésta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan , para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.

Válvula en Y En la figura puede verse su forma. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de autodrenaje cuando está instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

Válvula Saunders En la válvula Saunders , el obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos agresivos.

Válvula de compresión Esta válvula funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un óptimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partículas sólidas en suspensión .

Las válvulas en las que el obturador tiene un movimiento circular se clasifican como se detalla a continuación. Válvula de obturador excéntrico rotativo Válvula de obturador cilíndrico excéntrico Válvula de mariposa Válvula de bola Válvula de orificio ajustable Válvula de flujo axial

Válvula de obturador excéntrico rotativo Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que está unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vástago de un servomotor. El par de éste es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara esférica del obturador.

• Está destinada fundamentalmente a regular flujos (con mínima resistencia y caída de presión) aunque puede, en ocasiones, ser usada para abrir y cerrar,

Formada por un disco que pivotea en un eje o semi-ejes, con un recorrido de 90º, se ha popularizado con el uso de fundas o líneas de elastómeros como Buna-N (no apto para vapor), para lograr un buen sello entre disco y asiento.

• De operación muy rápida se utiliza para abrir o cerrar el paso de fluido. Logra un buen sello de la bola con el asiento (anillo de goma sintética, TFE, RTFE, Nylon y otros) sin depender de torque externo. • Cuando está abierta proporciona un paso libre al fluido sin turbulencia ni gran caída de presión, por lo que es apta para líquidos viscosos. No se utiliza para regular flujos ya que en posición semicerrada, los asientos se resienten.

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